Застосування лазерного зварювання на нержавіючій сталі 7

Дефекти: причини та виправлення

Лазерне зварювання нержавіючої сталі пропонує неперевернуту точність, проте дефекти можуть виникати, якщо підготовка матеріалу, параметри процесу або подача захисного газу не є цілком оптимізованими. На відміну від дугового зварювання, розплавлена ванна при лазерному зварюванні дуже мала і затвердіває надзвичайно швидко, тому навіть незначні перебої у подачі енергії чи захисті можуть призводити до видимих або прихованих дефектів. Нижче наведено детальний огляд типових видів дефектів, їхніх кореневих причин і перевірених заходів усунення.

Пористість

· Металургійна причина: бульбашки газу (водень, кисень, азот) у плавильній ванні під час затвердіння. Найпоширенішим винуватцем є водень — часто через вологу або вуглеводні на поверхні з'єднання.

· Специфічні причини, пов’язані з лазером:

1. Недостатнє обезжирювання (рідини для різання, мастила, залишки клею).

2. Поглинання вологи з вологого середовища.

3. Турбулентність захисного газу призводить до підсмоктування навколишнього повітря.

· Рішення:

1. Чистота: очищайте деталі розчинником і сушіть безпосередньо перед зварюванням.

2. Захист: забезпечте ламінарний потік газу; використовуйте більші сопла або дифузори, щоб запобігти турбулентності.

3. Налаштування параметрів: трохи знизьте швидкість переміщення, щоб гази могли вийти до затвердіння; уникайте надмірної глибини ключової порожнини, яка може утримувати гази.

Гаряче тріщинування (тріщини при кристалізації)

· Металургійна причина: низький вміст фериту у повністю аустенітних зварних швах призводить до концентрації домішок на межах зерен під час кристалізації. Розтягувальні напруження від усадки викликають тріщини до повного затвердіння.

· Специфічні причини, пов’язані з лазером:

1. Дуже висока швидкість переміщення призводить до вузької, повністю аустенітної кристалізації.

2. Жорстке закріплення, що обмежує стискання.

· Рішення:

1. Металургійний фактор: використовуйте присадковий матеріал із більш високим потенціалом утворення фериту (наприклад, ER308L, ER316L), щоб отримати 3–8% фериту.

2. Керування напруженнями: зменште обмеження у пристосуваннях; виконуйте зварювання по черзі, щоб розподілити сили усадки.

3. Налаштування параметрів: уникайте надвисоких швидкостей при зварюванні чутливих марок; регулюйте фокусування променя для дещо ширшого профілю шва.

Несплавлення / неповне проплавлення

· Металургійна причина: неповне плавлення поверхонь з'єднання або кореня через недостатню густину енергії або погане положення променя.

· Специфічні причини, пов’язані з лазером:

1. Розфокусований промінь через неправильне положення фокусу.

2. Невідповідність між променем і центральною лінією з'єднання.

3. Надмірна швидкість переміщення.

· Рішення:

1. Оптика: перевірте фокусну відстань і положення; перевірте наявність забруднення лінзи.

2. Параметри: збільште потужність або зменште швидкість переміщення; зменшіть амплітуду хитання, якщо вона надто велика.

3. Підгонка: поліпшіть підготовку з'єднання та забезпечте зазор <0,1 мм для автогенних зварних швів.

Підкреслення / Недолів

· Металургійна причина: розплавлення основного металу на краю зварного шва без достатньої кількості розплавленого металу для заповнення.

· Специфічні причини, пов’язані з лазером:

1. Висока густина енергії в поєднанні з високою швидкістю переміщення, що призводить до вимивання металу краю.

2. Зміщене розташування променя.

· Рішення:

1. Зменшіть швидкість переміщення або зміщення променя для покращення змочування.

2. Додайте присадний дріт для перекриття зазору або формування валика.

3. Налаштуйте захисний газ, щоб уникнути надмірного плазмового плюму, який зумовлює нестабільність розплавленої ванни.

Нестабільність ключкового отвору / Розбризкування

· Металургійна причина: коливання парової порожнини (ключковий отвір) призводять до обвалення або викиду розплавленого металу.

· Специфічні причини, пов’язані з лазером:

1. Надмірна густина потужності спричиняє бурхливе випаровування.

2. Забруднення призводить до нерівномірного поглинання.

3. Невідповідний вибір захисного газу або його витрати, що спричиняють нестабільний плюм.

· Рішення:

1. Невелике зниження пікової густини потужності; налаштуйте положення фокуса для стабільності.

2. Переконайтеся, що поверхні позбавлені оксидів і сухі.

3. Використовуйте суміші з гелієм для стабілізації ключкового отвору в режимі глибокого проникнення.

Потемніння та окиснення

· Металургійна причина: хром у нержавіючій сталі окислюється, коли гарячий метал піддається впливу кисню, утворюючи забарвлення від нагріву, що може знизити стійкість до корозії.

· Специфічні причини, пов’язані з лазером:

1. Недостатнє захисне газове закриття під час та після зварювання.

2. Занадто висока температура міжпрошаркового проходу або охолодження без додаткового захисту.

· Рішення:

1. Збільште основний захист газом і додайте додаткові щитки для закриття остигаючого шва на 2–5 секунд.

2. Використовуйте газ високої чистоти (>99,99%).

3. Мінімізуйте введення тепла, зберігаючи проникнення.

Надмірне спотворення

· Металургійна причина: високий коефіцієнт теплового розширення нержавіючої сталі посилює навіть незначні зміни температури, що призводить до напружень усадки.

· Специфічні причини, пов’язані з лазером:

1. Надмірна потужність променя для товщини з'єднання.

2. Довгі суцільні шви без збалансованої послідовності.

· Рішення:

1. Зменшіть вхідну теплову енергію шляхом регулювання швидкості або потужності.

2. Чергуйте зварювальні шви для вирівнювання напружень.

3. Використовуйте пристрої з контрольованим затиском, які дозволяють обмежене розширення без втрати вирівнювання.

Під час лазерного зварювання нержавіючої сталі більшість дефектів виникає через одне з чотирьох основних джерел: забруднення, поганий контроль променя, неправильний вхід тепла або недостатнє екранування. Пористість виникає через забруднення або утримання газу, гаряче тріснуття — через поганий контроль фериту та високе обмеження, відсутність зварювання — через недостатню проникність, підкреслення — через погане вирівнювання променя, нестабільність ключової порожнини — через нестабільні парові порожнини, потемніння — через вплив кисню, а спотворення — через термодисбаланс. Рішення завжди цілеспрямоване: усуньте основну причину, а не лише симптом, вирішивши питання підготовки, параметрів та подачі газу для екранування.